潘凯课题组：基于褶皱纳米纤维膜的柔性可拉伸摩擦纳米发电机

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静电纺丝是一种高效制备聚合物纳米纤维的方法，制备得到的纳米纤维膜具有超轻超柔、高比表面积等诸多优异特性。在构筑柔性可穿戴式TENG方面，因其作为一种理想的摩擦材料而受到研究者的广泛关注。然而，用于制备纳米纤维的聚合物通常不具有可拉伸性能，目前仅弹性体类纳米纤维才能够实现拉伸，这极大的限制了纳米纤维在柔性可拉伸TENG器件中的应用。此外，纳米纤维层与电极层之间较弱的界面粘附性也常常会导致器件在长时间使用过程中纳米纤维层的脱落和剥离，进而严重影响TENG的对外输出稳定性。因此，探索一种结构稳定且兼具可拉伸性能的纳米纤维基TENG具有重要的现实意义。

图1 褶皱纳米纤维TENG的结构示意图以及实物展示

  该研究通过静电纺丝方法以及褶皱石墨烯制备技术的有机结合，设计并发展了一种基于褶皱纳米纤维复合膜的柔性可拉伸单电极式TENG用于环境机械能收集以及可穿戴式自供能监测传感。它以还原氧化石墨烯（RGO）膜和聚（偏二氟乙烯-六氟丙烯）（PVDF-HFP）纳米纤维膜分别作为TENG的电极层和摩擦层。创造性的将褶皱形貌引入TENG的整体结构之中，使得整个器件同时兼具柔性和可拉伸性。它的典型峰值输出电压和电流能够分别达到80 V和1.67 μA。而且，褶皱结构的存在能够有效地保留一定预留拉伸空间，在拉伸应变为150%时，其峰值输出电压和电流可分别提升到300 V和7 μA。特别地，由于褶皱结构能够将纳米纤维层牢牢抓附在电极层上，从而可以确保整个器件在长时间使用过程中的耐久性能。此项工作设计并发展了一种简单经济的手段来制备TENG，并进一步拓展了纳米纤维在柔性可穿戴自供能器件中的应用潜力。

  相关研究成果以“Wearable and Stretchable Triboelectric Nanogenerator Based on Crumpled Nanofibrous Membranes”为题，于2019年3月在线发表于“ACS?Applied Materials & Interfaces”。北京化工大学硕士研究生秦臻为本文第一作者，北京化工大学潘凯和北京科技大学李从举为通信作者。北京化工大学为论文第一完成单位。此研究工作得到北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室的支持。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.8b21487

潘凯，博士，北京化工大学副教授，博士生导师。至今，作为项目负责人已承担国家自然科学基金项目、国家科技支撑计划子项目、北京市科技计划项目以及军工课题十余项，参与国家自然科学基金、科技部、教育部等国家级、省部级科研项目多项。在Journal of Materials Chemistry A, ACS Applied Materials ＆ Interfaces, Carbon, Carbon, Journal of Membrane Science、Journal of Hazardous Materials等国际著名期刊上发表SCI论文30多篇，总计发表论文100余篇。


李从举，纳米能源所研究员，男，1972年11月出生，博士，北京服装学院材料科学与工程学院教授，博士生导师，2005年被评为教育部新世纪优秀人才和北京市科技新星，2006年被评为北京市优秀青年知识分子，2007年入选北京市属高校拔尖创新人才，2009年获中国纺织工业协会科学技术进步二等奖。主持国家自然科学基金项目，中国石油化工总公司等项目。在国内外学术刊物和会议上共发表学术论文30余篇，其中约20篇为SCI收录。获得过全军科学技术进步三等奖等。主要从事纳米技术与纤维材料、功能纤维与纺织品研究等。